实验3.14_迈克尔逊干涉仪的调整与使用讲义..doc

实验3.14 迈克尔逊干涉仪的调整与使用 实验简介 迈克尔逊干涉仪是一种分振幅的双光束干涉测量仪器，是美国科学家迈克尔逊（A.A.Michelson） 实验目的 1、了解迈克尔逊干涉仪的结构及工作原理，掌握其调试方法 2、学会观察非定域干涉、等倾干涉、等厚干涉及白光干涉条纹 3、学会用迈克尔逊干涉仪测量激光波长及钠光双线波长差 实验原理 1、迈克尔逊干涉仪的结构及工作原理 迈干仪由分光镜、补偿板、两反射镜、和观察屏组成，分光镜的后表面镀有半透半反射膜，将入射光分成两束，一束透射光1，一束反射光2，这两束光分别被、反射后，经半透半反射膜的反射和透射在观察屏上相遇，由于这两束光是相干光，在屏上干涉产生干涉条纹，其光路如上图所示。是被分光镜反射所成的像，光束1和光束2之间的干涉等效于、之间空气膜产生的干涉。补偿板是一个与分光镜平行放置且材料、厚度完全相同的玻璃板，其作用是补偿两束光使得两束光在玻璃中的光程相等。由于玻璃的色散，不同波长的光在干涉仪中具有不同的光程差，无法观测白光干涉条纹，在分光镜和反射镜之间加入补偿板，这两束光在相同的玻璃中都穿过三次，不同波长的光在干涉仪中具有相同的光程差，这对观察白光干涉很有必要。反射镜、分别装在相互垂直的两个臂上，反射镜位置固定（称为定镜），位置固定在滑块上，可通过转动粗调手轮、微调手轮沿臂长方向移动（称为动镜），在该方向上附有主尺，其位置可通过主尺、粗调手轮上方读数窗口及微调手轮示数读出，其读数原理与千分尺读数原理相同。粗调手轮转动一周，动镜沿臂长方向上移动1mm，手轮上刻有100个刻度，因此粗调手轮每转动一个小刻度相当于动镜沿臂长方向移动0.01mm，微调手轮转动一周，相当于粗调手轮转动一个小刻度，手轮上也刻有100个刻度，因此微调手轮转动一个小刻度，相当于动镜移动了0.0001mm，加上一位估读位，可读到0.00001mm位。反射镜、的方位可通过其后面的三个螺钉来调节，在反射镜的下方还有两个互相垂直的拉簧螺丝用以微调的方位。 2、点光源产生的非定域干涉条纹及激光波长的测量 激光经短透镜会聚后成为一点光源，水平入射到分光板上，经M1、M2反射后产生的干涉现象等效于两个虚光源S1、S2发出的光产生的干涉，如图所示。S1、S2分别是点光源经G被M1、M2反射所成的像，虚光源S1、S2发出的光由于是同一束光分出的两束光，具有相干性，在其相遇的空间处处相干，因此是非定域干涉。用观察屏观察干涉条纹时，在不同的位置可以观察到不同的干涉条纹（如圆、椭圆、双曲线、直线），在迈克尔逊干涉仪的实际情况下，放置屏的空间是有限的，一般能观察到圆和椭圆形状。当把观察屏放在垂直于S1、S2的连线上时，观察到的条纹是一组同心圆。 由S1、S2到达观察屏上任一点P两束光的光程差为。当时，有 出现亮条纹的位置为 由上式可知： rk越小，k越大，即靠近中心的干涉条纹干涉级次高，靠近边缘的干涉条纹干涉级次低。 ②改变动镜的位置，两束光的光程差发生变化，因此干涉条纹也发生变化。当M1、M2之间的距离d增大时，对于同一级干涉，rk也增大，条纹向外扩展，圆心处有条纹“涌出”，当其间的距离减小时，条纹向中心“涌入”，中心条纹消失。涌入或涌出一条干涉条纹动镜位置的变化为，设涌入或涌出N个干涉圆环动镜位置的变化为，则有 由上式可知：改变动镜的位置，测出涌入或涌出N个干涉圆环对应动镜位置的变化，就可以算出激光的波长。 ③相邻两条干涉条纹之间的距离为 越靠近中心（rk越小），越大，即干涉条纹中间稀边缘密 d越小，越大，即减小M1、M2之间的距离，条纹变疏，增大M1、M2之间的距离，条纹变密 Z越大，越大，即点光源、观察屏距分光镜越远，条纹越疏 3、扩展光源产生的等倾干涉条纹 用扩展光源照射，当M1、M2平行时，被M1、M2反射的两束光互相平行，若用透镜接收这两束光，则这两束光在透镜的焦平面上相遇发生干涉，如图所示 两束光光程差为 出现亮条纹的位置为 由上可知： 在d一定时，倾角相同的入射光束，对应同一级干涉条纹，因此称为等倾干涉，倾角相同的光在透镜的焦平面上对应同一干涉圆环，因此其干涉条纹为一组同心圆。用聚焦于无穷远的眼睛直接观察或放置一会聚透镜，在其后焦平面上用观察屏可观察到等倾干涉条纹， 中心干涉圆环干涉级次高，当d增加时，条纹从中心涌出向外扩展，d减小时，条纹向中心涌入，每涌出或涌入一条干涉条纹d增加或减小了 相邻两条干涉圆环之间的距离为： 越靠近中心的干涉圆环，越大，条纹越疏，即干涉条纹中间疏边缘密 d越小，越大,即条纹随着d的变化而变化，当d增大时，条纹变疏，当d减小时，条纹变疏 4、扩展光源产生的等厚干涉条纹 用扩展光源照射，当M1、M2之间有一小的夹角时，被M1